電極缺陷可提高電阻記憶效率

電阻式開關存儲設備比當前使用的計算機存儲技術具有多個優勢。MIPT原子層沉積實驗室的研究人員與韓國的同事攜手研究了電極表面形態對電阻開關存儲單元特性的影響。事實證明，較厚的電極具有更大的表面粗糙度，并具有明顯更好的存儲單元特性。研究結果發表在ACS Applied Materials&Interfaces上。

某些材料(例如過渡金屬氧化物)可以從電介質切換到導電狀態，并在施加電壓的情況下返回。這種效應是電阻式隨機存取存儲器的基礎，電阻式隨機存取存儲器是一種非常有前途的非易失性存儲技術。基于過渡金屬氧化物的RRAM器件具有能耗低，耐用性強，易于擴展，操作迅速等特點，促使許多公司投資該技術。

電阻存儲單元是具有位于兩個電極之間的絕緣層的層狀結構，開關電壓被施加到該兩個電極之間。電池的性能取決于電極之間的材料以及電極本身的組成和形狀。通常一個電極由氮化鈦制成而另一電極由鉑制成。然而，由于缺乏干蝕刻能力，鉑與現代半導體技術不兼容。釕不是這種情況，釕的另一個優勢是適合原子層沉積(ALD)，從而可以制造3-D垂直存儲結構。

研究合著者和MIPT博士。該大學電子，光子學和分子物理學院的學生Aleksandra Koroleva評論說：“為了研究電極厚度如何影響存儲單元參數，我們以不同數量的原子層沉積循環生長了釕電極。然后，我們使用以下方法檢查了電極的表面原子力顯微鏡。” 研究小組發現，隨著ALD層數的增加，電極表面的晶粒尺寸從5納米增加到70納米。

研究人員測試了不同厚度的釕膜作為基于鉭氧化物的RRAM的底部電極的性能，結果表明，較厚(因此更粗糙)的電極實際上改善了存儲設備的關鍵性能：穩定性和耐用性。釕膜厚度的增加導致在兩種狀態下較低的存儲單元電阻以及在低電阻狀態和高電阻狀態之間的較高電阻比。電極粗糙度的提高還降低了成形和開關電壓，并使器件的耐用性達到了令人印象深刻的5000萬個開關周期。

為了解釋他們的發現，研究小組提出了一個簡化的模型，該模型反映了釕電極表面上大晶粒上的電場分布。導電原子力顯微鏡證實了這一解釋。

“我們的發現為如何大大改善新型存儲單元提供了見解。用作電極的較厚釕膜具有較粗糙的表面。這反過來在晶粒傾斜處產生了局部增強的電場區域，從而增強了關鍵性。該設備的性能特征。我們相信我們的研究將有助于將來創建更高效??，可靠的存儲設備。”研究合著者Andrey Markeev補充說，他是MIPT ALD小組的負責人。